熱加工方式及總變形量對厚鉬板退火組織的影響

王錦，安耿，劉仁智

（金堆城鉬業股份有限公司技術中心，陜西西安710077）

0 前言

難熔金屬鉬及其合金具有高熔點、低膨脹系數、良好的導熱導電性能、優越的抗腐蝕性以及在高溫下較高的強度、硬度、剛度和抗熱震性能等特點，因而被廣泛用于航空航天領域的蒙皮材料、電子行業中的靶材、玻璃制造行業中的電極及工業設備中的發熱體、舟皿、高溫結構件等［1－2］。由于鉬應用領域的不斷增加及終端產品要求的不斷提高，對鉬制品的要求也越來越高。鉬板作為鉬深加工制品的主要產品之一，其微觀組織和性能對后續產品的加工和應用有著重要的影響。

厚鉬板主要用于工業設備中的發熱體、電極及電子醫療行業的靶材等，在這些領域中，往往對板材的微觀組織有著一些特定的要求，如需要再結晶組織、晶粒細小且大小分布要均勻等［3］。而在厚鉬板加工過程中，原料特性、軋制方式、變形量、退火溫度、軋制工藝等均對鉬板的組織和性能有著一定的影響［4－7］。本文通過鍛造加工（記為D）、鍛造開坯+軋制加工（記為D+Z）、軋制加工（記為Z）3種不同的熱加工方式制備出厚鉬板，討論分析了熱加工方式及總變形量對純鉬板退火組織的影響。

1 試驗過程

試驗用燒結純鉬板坯厚度為25 mm，各項性能指標滿足國家標準GB/T 3462－2007中純鉬板坯的要求。該鉬板坯的燒結組織照片見圖1。

鉬板坯的鍛造開坯和后續壓力加工采用自由鍛造的方式，軋制開坯和后續壓力加工在輥寬400 mm的二輥可逆熱軋機上進行。3種加工方式下板坯的總變形量相同，最終成品厚度5 mm。

圖1 試驗用燒結板坯的金相照片（200×）

不同變形量的試驗統一采用鍛造開坯+軋制加工的熱加工方式，加工總變形量分別為60％、70％和80％。

樣品的退火在高真空石墨坩堝爐中進行，退火溫度分別為1 050℃、1 100℃、1 150℃和1 200℃，保溫時間1 h。樣品的退火后的微觀組織利用金相顯微鏡對進行觀察。

2 試驗結果及討論

2.1 加工方式對鉬板組織的影響

圖2是不同熱加工工藝及退火溫度下鉬板的金相組織照片。從中可以看出，在1 050℃退火后，鍛造加工后的鉬板材已經完全再結晶，而鍛造開坯+軋制加工和軋制加工兩種方式下板材的晶粒仍為拉長的晶粒，晶粒尚未完全回復，而且晶粒也明顯要大于鍛造方式的晶粒。1 100℃以上，鍛造方式的鉬板材晶粒已經開始長大，而其他兩種方式下板材的晶粒才基本完成再結晶。而鍛造+軋制的加工方式相比純軋制方式，在同樣的退火溫度下，晶粒相對更細小均勻。

圖2 不同熱加工工藝及退火溫度下鉬板的金相組織照片

在鉬板材的熱加工過程中，鍛造開坯及后續加工的單火次變形量相對較大，速度相對較快，反復加熱的次數少，而且由于鍛造加工方式在減薄板材的同時，又沿鍛造方向帶有一定的沖擊力，因此在拉長，均勻性也顯著改善。而單純的軋制加工方式，由于受當前工裝設備的能力限制，加工過程中多采用多火次、小變形量的方式，變形過程中，由表到內，變形量逐漸減小，晶粒主要以拉長變形為主，大小的均勻。

，也就相比鍛造加工方式的粗大。相比軋制方式，鍛造開坯然后再軋制加工的方式，由于鍛造開坯過程中有效破碎了較大的晶粒，使得晶粒大小的均勻性有了改善，在后續的軋制過程中，在拉長變形的同時，也可以保證變形組織的大小均勻性。而在同樣的加工總變形量下，晶粒的細小則使得其再結晶溫度驅動力變大，從而使得再結晶溫度比大晶粒有所降低。因此，鍛造加工或者鍛造開坯的加工方式相對來說更有利于最終成品板材細小均勻晶粒組織的形成。

但需要說明的是，由于目前國內軋機的軋制力有限，道次的變形量較小，一般在10％～15％左右。相比之下鍛造方式一次的變形量可達到25％以上。而小的變形量明顯不如大變形量對大晶粒破碎的作用好，這也是上述軋制方式的晶粒尺寸及均勻性遜于鍛造方式的原因之一。如果能提高軋制過程中板坯的單道次變形量，則更有利于形成均勻細小的晶粒組織。而且，鍛造方式由于設備的限制，加工大規格鉬板材的能力有限，而軋制方式則能更好的彌補這一不足。因此，結合當前國內的工裝現狀，鍛造開坯+軋制的熱加工方式能得到相對較好的鉬板材微觀組織形態。

2.2 加工變形量對鉬板組織的影響

圖3是在鍛造開坯+軋制加工的方式下、不同加工總變形量及退火溫度下板材的金相組織照片。

從圖3可以看出，加工總變形量越大，完成再結晶的溫度越低，晶粒組織也相對細小均勻。總變形量80％的板材晶粒組織在1 050℃退火后已基本完成再結晶，從1 100℃開始已經開始長大，而總變形量60％的板材晶粒組織在1 050℃退火后組織仍基本為拉長變形組織，尚處于回復階段，直到1 150℃基本完成再結晶過程。總變形量70％的板材再結晶過程則基本處于總變形量60％和80％之間。而總變形量80％的板材再結晶后的晶粒（圖3c）也較70％總變形量（圖3e）和60％總變形量（圖3g）的晶粒相對細小均勻。這主要是由于大的變形量下使得較大的晶粒在壓力加工過程中得到了更有效地破碎，從而使得晶粒相對細小，加工過程中形成相對細小的纖維流線加工組織，也進一步降低了再結晶溫度。

此外，在板材的熱壓力加工過程中，較小的總變形量和單道次變形量可能會使鉬板心部不能得到有效地變形，導致板材表面至心部的組織不均勻，在后續的冷加工過程中會出現分層、裂紋等缺陷，進而影響板材的使用性能及后續的再加工能力。而大的總變形量和單道次變形量，可以使鉬板在熱加工過程中內外部組織得到充分的變形，極大提高其室溫韌性，有利于后續薄鉬板的室溫加工及表面質量和性能的提高［8］。因此，在板材的熱加工過程中，應該使其總的加工變形量大于70％，并盡可能采用大的道次變形量。

3 結論

對厚鉬板采用不同的熱加工方式和變形量進行了壓力加工，討論分析了加工方式及變形量對鉬板退火組織的影響，得出以下結論：

（1）在同樣的加工變形量下，鍛造加工的再結晶溫度最低，鍛造開坯+軋制方式次之，軋制加工的再結晶溫度最高。鍛造加工或者鍛造開坯的加工方式更有利于最終成品板材細小均勻晶粒組織的形成。

（2）在同樣的壓力加工方式下，加工總變形量越大，鉬板完成再結晶的溫度越低，晶粒組織也相對細小均勻。

（3）在鉬板的熱加工過程中，應該使其總的加工變形量大于70％，并盡可能采用大的道次變形量。

［1］H.H.莫爾古諾娃.鉬合金［M］.北京：冶金工業出版社，1984.

［2］周武平.鉬及鉬合金制品的應用［J］.中國金屬通報，2008，（42）.

［3］安耿，李晶，劉仁智，等.鉬濺射靶材的應用、制備及發展［J］.中國鉬業，2011，35（2）：45－48.

［4］李鵬.熱軋工藝對鉬板材成品性能的影響［J］.稀有金屬與硬質合金，2005，，3（2）：35－37.

［5］劉仁智，安耿，李晶，等.不同粒度的鉬粉對板材組織的影響［J］.中國鉬業，2010，34（5）：47－51.

［6］S.Primig，H.Leitner，A.Rodriguez；On the Recrystallization Behavior of Technically Pure Molybdenum［C］.17th Plansee Seminar 2009，1，RM15.

［7］I.Huensche，C.－G.Oertel，R.Tamm.Microstructure and texture development during recrystallization of rolled molybdenum sheets［C］.Materials Science Forum，2004，467－470.

［8］周美玲.難熔金屬材料及加工［M］.長沙：中南大學出版社，

1993.